左手材料光学性能研究

论文摘要

左手材料对科研人员,无论是理论研究还是实验研究,都提出了一系列新的课题.对左手材料性能的真正理解需要重新评价电磁理论的一些熟知的事实.在目前的有关电磁理论的教科书中,没有这方面现成的公式.将现有的电磁理论方面的公式应用到左手材料的性能研究时,有时会得到一些陌生的结果.对现有的电磁理论,需要在假设ε< 0,μ<0条件下,进行必要的扩展和检验.基于这个目的,我们进行了一些探索性研究工作.本博士论文介绍和总结了本人在读博期间所做的关于左手材料光学性能的主要研究成果,其主要内容和结论总结如下.(1)从传输函数入手,我们数值计算了左手材料参数偏移对其传输函数的影响.数值计算表明:传输函数对介电常数和磁导率的偏移非常敏感,完美的左手材料透镜对偏移量的要求十分苛刻.据此可以得出结论:要得到工程意义上完美的左手材料透镜是相当困难的.(2)推导出了由左、右手材料构成的双层结构的转移矩阵,利用该转移矩阵,可推导出由无限个该双层结构期性排列而形成的一维光子晶体的色散关系.这是对传统的、由不同介电常数的右手材料构成的双层结构的转移矩阵的扩展.(3)利用该双层结构的转移矩阵,我们数值计算了由N个这种双层结构周期性排列而构成的一维有限长度光子晶体的透射率和态密度.数值计算表明:在一定条件下,禁带中出现了非寻常的态密度.这些禁带中的态密度是由左、右手材料构成的一维光子晶体所特有的,它们可用于制造完全不同于常规滤波器的、频带狭窄的新型滤波器.

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 左手材料研究综述
• 1.1 基于理论所预言的左手材料的性质
• 1.1.1 左手材料概念的提出
• 1.1.2 左手材料的性质
• 1.2 左手材料的制备和实验验证
• 1.2.1 左手材料的制备
• 1.2.2 左手材料的实验
• 1.3 左手材料研究进展
• 1.3.1 制备左手材料的其他尝试
• 1.3.2 与左手材料有关的电磁波的传播、透射和散射
• 1.3.3 左手材料完美透镜
• 1.3.4 含左手材料的一维光子晶体
• 1.4 本章小结
• 1.5 本文的工作内容
• 第2章 左手材料参数偏移对其传输函数的影响
• 2.1 理论模型
• 2.2 传输函数
• 2.3 数值计算和分析
• 2.4 结论
• 第3章 含左手材料的一维光子晶体
• 3.1 由左、右手材料构成的双层结构的转移矩阵
• 3.1.1 电磁波在左、右手材料界面上的反射系数和透射系数
• 3.1.2 由左、右手材料构成的双层结构的转移矩阵
• 3.1.3 双层结构转移矩阵的应用
• 3.1.4 结论
• 3.2 由左、右手材料构成的一维光子晶体的透射率和态密度
• 3.2.1 透射率
• 3.2.2 态密度
• 3.2.3 结论
• 3.3 由左、右手材料构成的一维光子晶体的能带结构
• 3.3.1 能带结构
• 3.3.2 光子晶体中的分离模
• 3.3.3 光子晶体中的隧穿模
• 3.3.4 结论
• 3.4 本章小结
• 第4章 左手材料薄板波导
• 4.1 左手材料薄板波导中的传播模
• 4.1.1 色散方程
• 4.1.2 快波（fast waves） 和慢波（slow waves）
• 4.1.3 数值算例
• 4.1.4 结论
• 4.2 左手材料薄板波导中的模式之间的正交关系
• 4.2.1 左手材料薄板波导中的传播模和辐射模
• 4.2.2 模式正交性的表达式
• 4.2.3 模式正交性的证明
• 4.2.4 结论
• 4.3 左手材料薄板波导表面随机性缺陷所引起的传输损耗
• 4.3.1 左手材料薄板波导中的传播模和辐射模
• 4.3.2 左手材料薄板波导表面随机性缺陷所引起的模式之间的耦合
• 4.3.3 左手材料薄板波导表面随机性缺陷所引起的传播模的损耗
• 4.3.4 数值计算和分析
• 4.3.5 结论
• 4.4 详细数值计算
• 4.4.1 快波模与慢波模耦合引起的损耗
• 4.4.2 传播模与辐射模耦合引起的损耗
• 4.4.3 快波模和慢波模的求解
• 4.4.4 具体数值计算
• 4.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读博士学位期间所发表的学术论文目录